¿Alguna vez te has preguntado qué hay dentro del cargador de tu Macbook? Hay mucho más circuitos abarrotados en el adaptador de corriente compacto de lo que cabría esperar, incluyendo un microprocesador. Este desmontaje del cargador examina los numerosos componentes del cargador y explica cómo funcionan juntos para alimentar su computadora portátil.
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Dentro del cargador Macbook. Muchos componentes electrónicos trabajan juntos para proporcionar energía suave a su computadora portátil.
La mayoría de la electrónica de consumo, desde el teléfono celular hasta la televisión, utiliza una fuente de alimentación conmutada para convertir la alimentación de CA de la pared a la CC de baja tensión utilizada por los circuitos electrónicos. La fuente de alimentación de conmutación recibe su nombre porque conecta y desconecta miles de veces por segundo, lo que resulta ser una manera muy eficiente de realizar esta conversión. [1]
Las fuentes de alimentación conmutadas ahora son muy baratas, pero no siempre fue así. En la década de 1950, las fuentes de alimentación de conmutación eran complejas y costosas, utilizadas en aplicaciones aeroespaciales y por satélite que necesitaban pequeñas y ligeras fuentes de alimentación. A principios de la década de 1970, los nuevos transistores de alta tensión y otras mejoras tecnológicas hicieron que las fuentes de alimentación de conmutación fueran mucho más baratas y se convirtieron en ampliamente utilizadas en computadoras. [2] La introducción de un controlador de fuente de alimentación de un solo chip en 1976 hizo que las fuentes de alimentación de conmutación fueran más simples, más pequeñas y más económicas.
La participación de Apple en las fuentes de alimentación de conmutación se remonta a 1977, cuando el ingeniero jefe de Apple, Rod Holt, diseñó una fuente de alimentación de conmutación para el Apple II. Según Steve Jobs: [3]
"Esa fuente de alimentación de conmutación era tan revolucionaria como la placa lógica de Apple II.Rod no recibe mucho crédito por esto en los libros de historia, pero debería.Cada computadora ahora utiliza fuentes de alimentación de conmutación, y todos ellos robo de Rod Holt diseño."
Esta es una cita fantástica, pero desafortunadamente es totalmente falsa. La revolución de la fuente de alimentación conmutada ocurrió antes de que Apple apareciera, el diseño de Apple era similar a las anteriores fuentes de alimentación [4] y otras computadoras no usan el diseño de Rod Holt. Sin embargo, Apple ha utilizado ampliamente las fuentes de alimentación de conmutación y empuja los límites del diseño del cargador con sus cargadores compactos, elegantes y avanzados.
Dentro del cargador
Para el desmontaje comencé con una fuente de alimentación 85W de Macbook, modelo A1172, que es bastante pequeño sostener en su palma. La imagen de abajo muestra varias características que pueden ayudar a distinguir el cargador de las falsificaciones: el logotipo de Apple en el caso, el pin de tierra de metal (no de plástico) a la derecha y el número de serie junto al pin de tierra.
Cargador Macbook para Apple 85W
Por extraño que parezca, la mejor técnica que he encontrado para abrir un cargador es golpear un cincel de madera alrededor de la costura para abrirlo. Con el maletín abierto, los disipadores térmicos metálicos del cargador son visibles. Los disipadores de calor ayudan a enfriar los semiconductores de alta potencia dentro del cargador.
En el interior del cargador Apple 85W Macbook
El otro lado del cargador muestra la placa de circuito, con la salida de potencia en la parte inferior. Algunos de los pequeños componentes son visibles, pero la mayor parte de los circuitos están cubiertos por el disipador térmico de metal, mantenido en su lugar por una cinta aislante amarilla.
La placa de circuito dentro del cargador Macbook de 85W de Apple. A la derecha, los tornillos fijan firmemente los componentes a los disipadores de calor.
Después de quitar los disipadores de calor de metal, los componentes del cargador son visibles. Estas piezas de metal dan al cargador una sustancial heft, más de lo que cabría esperar de una pequeña unidad.
Vista detallada del cargador 85W de Apple, que muestra los disipadores de calor de metal extenso.
El siguiente diagrama indica los componentes principales del cargador. La alimentación de CA entra en el cargador y se convierte en DC. El circuito PFC (Power Factor Correction) mejora la eficiencia asegurando que la carga en la línea de CA esté estable. El primario corta la CC de alto voltaje del circuito PFC y la introduce en el transformador. Por último, el secundario recibe la energía de baja tensión del transformador y las salidas de DC suave a la computadora portátil. Las siguientes secciones discutir estos circuitos con más detalle, a fin de seguir con el siguiente diagrama.
Los componentes dentro de una fuente de alimentación Apple Macbook 85W.
CA entra en el cargador
La alimentación de CA entra en el cargador a través de un enchufe de CA extraíble. Una gran ventaja de las fuentes de alimentación de conmutación es que se pueden diseñar para funcionar en una amplia gama de voltajes de entrada. Simplemente intercambiando el enchufe , el cargador se puede utilizar en cualquier región del mundo, de 240 voltios europeos a 50 hertzios a 120 voltios norteamericanos a 60 Hz. Los condensadores de filtro y los inductores en la fase de entrada impiden que las interferencias salgan del cargador a través de las líneas eléctricas. El puente rectificador contiene cuatro diodos, que convierten la corriente alterna en DC. (Vea este video para una gran demostración de cómo funciona un rectificador de puente completo.)
Los componentes de entrada en un cargador Macbook. El rectificador de puente de diodo se une al disipador térmico de metal con un clip.
PFC: suavizar el uso de energía
El siguiente paso en el funcionamiento del cargador es el circuito de corrección del factor de potencia (PFC), etiquetado en púrpura. Un problema con los cargadores simples es que solamente dibujan energía durante una pequeña parte del ciclo de la CA. [5] Si demasiados dispositivos hacen esto, esto causa problemas para la compañía eléctrica. Las regulaciones requieren que los cargadores más grandes usen una técnica llamada corrección del factor de potencia para que usen la energía de manera más uniforme.
El circuito PFC utiliza un transistor de potencia para cortar con precisión las decenas de AC de entrada de miles de veces por segundo; contrariamente a lo que cabría esperar, esto hace que la carga en la línea de CA sea más suave. Dos de los componentes más grandes en el cargador son el inductor y el condensador de PFC que ayudan a aumentar el voltaje a cerca de 380 voltios DC. [6]
Lo primario: cortar el poder
El circuito primario es el corazón del cargador. Toma la CC de alto voltaje del circuito PFC, la corta y la alimenta en el transformador para generar la salida de bajo voltaje del cargador (16.5-18.5 voltios). El cargador utiliza un diseño avanzado llamado controlador resonante, que permite que el sistema funcione a una frecuencia muy alta, de hasta 500 kilohercios. La frecuencia más alta permite utilizar componentes más pequeños para un cargador más compacto. El chip a continuación controla la fuente de alimentación de conmutación. [7]
La placa de circuito dentro del cargador Macbook. El chip en el medio controla el circuito de alimentación de conmutación.
Los dos transistores de accionamiento (en el diagrama de vista general) se encienden y apagan alternativamente para cortar la tensión de entrada. El transformador y el condensador resuenan a esta frecuencia, alisando la entrada cortada en una onda sinusoidal.
El secundario: salida de potencia suave y limpia
El lado secundario del circuito genera la salida del cargador. El secundario recibe energía del transformador y lo convierte DC con diodos. Los condensadores de filtro suavizar la potencia, que deja el cargador a través del cable de salida.
El papel más importante del secundario es mantener los peligrosos altos voltajes en el resto del cargador lejos de la salida, para evitar choques potencialmente fatales. El límite de aislamiento marcado en rojo en el diagrama anterior indica la separación entre el primario de alto voltaje y el secundario de baja tensión. Los dos lados están separados por una distancia de unos 6 mm, y sólo los componentes especiales pueden cruzar este límite.
El transformador transmite de forma segura la potencia entre el primario y el secundario utilizando campos magnéticos en lugar de una conexión eléctrica directa. Las bobinas de alambre dentro del transformador tienen triple aislamiento para mayor seguridad. Los cargadores falsificados baratos ahorran generalmente en el aislamiento, poniendo un peligro de la seguridad. El optoisolador utiliza un haz interno de luz para transmitir una señal de retroalimentación entre el secundario y el primario. El chip de control en el lado primario usa esta señal de realimentación para ajustar la frecuencia de conmutación para mantener el voltaje de salida estable.
Los componentes de salida en un cargador de Apple Macbook. Los dos diodos de potencia están delante a la izquierda. Detrás de ellos hay tres condensadores de filtro cilíndrico. El tablero del microcontrolador es visible detrás de los condensadores.
¿Un potente microprocesador en su cargador?
Un componente inesperado es una placa de circuito pequeña con un microcontrolador, que se puede ver arriba. Este procesador de 16 bits supervisa constantemente el voltaje y la corriente del cargador. Permite la salida cuando el cargador está conectado a un Macbook, desactiva la salida cuando el cargador está desconectado, y cierra el cargador si hay un problema. Este procesador es un Texas Instruments MSP430 microcontrolador, aproximadamente tan potente como el procesador dentro del Macintosh original. [8]
La placa de circuito del microcontrolador de una fuente de alimentación de 85W Macbook, encima de un cuarto. El procesador MPS430 monitoriza el voltaje y la corriente del cargador.
Las almohadillas anaranjadas cuadradas a la derecha se utilizan para programar software en la memoria flash del chip durante la fabricación. [9] El chip de tres clavijas a la izquierda (IC202) reduce los 16,5 voltios del cargador a los 3,3 voltios requeridos por el procesador. [10]
La parte inferior del cargador: muchos componentes pequeños
Encender el cargador revela docenas de pequeños componentes en la placa de circuito. El chip del controlador PFC y el chip controlador de la fuente de alimentación (SMPS) son los circuitos integrados principales que controlan el cargador. El chip de referencia de voltaje es responsable de mantener el voltaje estable incluso cuando la temperatura cambia. [11] Estos chips están rodeados por diminutas resistencias, condensadores, diodos y otros componentes. El transistor MOSFET de salida conmuta la potencia a la salida de encendido y apagado, según lo indicado por el microcontrolador. A la izquierda de la misma, las resistencias de sentido de corriente miden la corriente que fluye hacia la computadora portátil.
La placa de circuito impreso de una fuente de alimentación de Macbook de 85W de Apple, mostrando los componentes minúsculos dentro del cargador.
El límite de aislamiento (marcado en rojo) separa los circuitos de alto voltaje de los componentes de salida de baja tensión para mayor seguridad. La línea roja discontinua muestra el límite de aislamiento que separa el lado de baja tensión (abajo a la derecha) del lado de alta tensión. Los optoaisladores envían señales de control desde el lado secundario al primario, cerrando el cargador si hay un mal funcionamiento. [12]
Una razón por la cual el cargador tiene más componentes de control que un cargador típico es su voltaje de salida variable. Para producir 60 vatios, el cargador proporciona 16,5 voltios a 3,6 amperios. Para 85 vatios, el voltaje aumenta a 18.5 voltios en 4.6 amperios. Esto permite que el cargador sea compatible con cargadores de bajo voltaje de 60 vatios, mientras que todavía proporciona 85 vatios para los ordenadores portátiles que pueden utilizarlo. [13] A medida que la corriente aumenta por encima de 3,6 amperios, el circuito aumenta gradualmente la tensión de salida. Si la corriente aumenta demasiado, el cargador cierra abruptamente alrededor de 90 vatios. [14]
Dentro del conector Magsafe
El conector Magsafe magnético que se conecta a la Macbook es más complejo de lo que cabría esperar. Tiene cinco pasadores de resorte (conocidos como pines de Pogo ) para conectarse a la computadora portátil. Dos clavijas son de alimentación, dos clavijas están a tierra, y el pin central es una conexión de datos a la computadora portátil.
Las clavijas de un conector Magsafe 2. Las clavijas están dispuestas simétricamente, por lo que el conector se puede enchufar de cualquier manera.
Dentro del conector Magsafe hay un pequeño chip que informa a la computadora portátil del número de serie, tipo y potencia del cargador. El portátil utiliza estos datos para determinar si el cargador es válido. Este chip también controla los LEDs de estado. No hay ninguna conexión de datos con el propio cargador; la conexión de datos es sólo con el chip dentro del conector. Para más detalles, vea mi artículo sobre el conector Magsafe.
La placa de circuito dentro de un conector Magsafe es muy pequeña. Hay dos LEDs en cada lado. El chip es un conmutador DS2413 de 1 hilo.
Funcionamiento del cargador
Usted puede haber notado que cuando usted tapa el conectador en un Macbook, toma un segundo o dos para que el LED se encienda para arriba. Durante este tiempo, hay interacciones complejas entre el Macbook, el cargador y el conector Magsafe.
Cuando el cargador está desconectado del ordenador portátil, el transistor de salida analizado anteriormente bloquea la potencia de salida. [15] Cuando el conector Magsafe está conectado a un Macbook, el portátil tira de la línea de alimentación baja. [16] El microcontrolador en el cargador lo detecta y después de exactamente un segundo se activa la salida de potencia. El ordenador portátil carga la información del cargador desde el chip de conector Magsafe. Si todo va bien, el portátil empieza a tirar de la energía del cargador y envía un comando a través del pin de datos para encender el LED del conector apropiado. Cuando el conector Magsafe se desenchufa de la computadora portátil, el microcontrolador detecta la pérdida de corriente y cierra la alimentación, lo que también apaga los LEDs.
Usted puede preguntarse por qué el cargador de Apple tiene toda esta complejidad. Otros cargadores para portátiles simplemente proporcionan 16 voltios y cuando lo conecta, la computadora usa la energía. La razón principal es la seguridad, para asegurarse de que la energía no fluye hasta que el conector está firmemente conectado a la computadora portátil. Esto minimiza el riesgo de chispas o de arco eléctrico mientras el conector Magsafe está siendo puesto en su posición.
¿Por qué no debería conseguir un cargador barato?
El cargador de 85W de Macbook cuesta $ 79 de Apple, pero por $ 14 puedes conseguir un cargador en eBay que se vea idéntico. ¿Obtienes algo por los $ 65 adicionales? Abrí una imitación de Macbook cargador para ver cómo se compara con el cargador genuino. Desde el exterior, el cargador se parece a un cargador de 85W de Apple, excepto que carece del nombre de Apple y el logotipo. Pero mirar dentro revela grandes diferencias. Las fotos de abajo muestran el cargador original de Apple a la izquierda y la imitación a la derecha.
Dentro del cargador Macbook de 85W de Apple (izquierda) frente a un cargador de imitación (derecha). El cargador genuino está repleto de componentes, mientras que la imitación tiene menos partes.
El cargador de imitación tiene alrededor de la mitad de los componentes del cargador genuino y un montón de espacio en blanco en la placa de circuito. Mientras que el cargador genuino de Apple está repleto de componentes, la imitación deja fuera una gran cantidad de filtrado y regulación, así como todo el circuito PFC. El transformador en el cargador de la imitación (rectángulo amarillo grande) es mucho más voluminoso que en el cargador de Apple; la frecuencia más alta del convertidor resonante más avanzado de Apple permite utilizar un transformador más pequeño.
La placa de circuito del cargador Macbook 85W de Apple (izquierda) en comparación con un cargador de imitación (derecha). El cargador genuino tiene muchos más componentes.
Voltear los cargadores y mirar las placas de circuito muestra el circuito mucho más complejo del cargador de Apple. El cargador de imitación tiene sólo un IC de control (en la parte superior izquierda). [17] ya que el circuito PFC se omite por completo. Además, los circuitos de control son mucho menos complejos y la imitación deja fuera la conexión a tierra.
El cargador de imitación es en realidad mejor calidad de lo que esperaba, en comparación con el terrible cargador de iPad falsa y cargador de iPhone que he examinado. La imitación de Macbook cargador no cortar todas las esquinas posibles y utiliza un circuito moderadamente complejo. El cargador de imitación presta atención a la seguridad, utilizando cinta aislante y manteniendo los voltajes bajos y altos ampliamente separados, a excepción de un error de montaje peligroso que se puede ver a continuación. El condensador Y (azul) se instaló de forma torcida, por lo que su cable de conexión desde el lado de baja tensión terminó peligrosamente cerca de un pin en el lado de alta tensión del optoisolador (negro), lo que crea un riesgo de choque.
Peligro de seguridad dentro de un imitador de Macbook. El plomo del condensador Y está demasiado cerca de la clavija del optoisolador, causando un riesgo de choque.
Problemas con los cargadores de Apple
Lo irónico del cargador Apple Macbook es que, a pesar de su complejidad y atención al detalle, no es un cargador fiable. Cuando le dije a la gente que estaba haciendo un desmontaje del cargador, rápidamente recogí un montón de cargadores rotos de personas que habían fallado cargadores. El cable del cargador es bastante endeble, dando lugar a un pleito de acción de clase que indica que el adaptador de corriente se deshace peligrosamente, chispas y falla prematuramente para trabajar . Apple proporciona instrucciones detalladas sobre cómo evitar dañar el cable, pero un cable más fuerte sería una solución mejor. El resultado son las revisiones en el sitio web de Apple darle al cargador un pésimo 1.5 de 5 estrellas.
Quemar la marca dentro de una fuente de alimentación de Apple Macbook 85W que falló.
Los cargadores Macbook también fallan debido a problemas internos. Las fotos de arriba y abajo muestran marcas de quemaduras dentro de un cargador Apple fallido de mi colección. [18] No puedo decir exactamente lo que salió mal, pero algo causó un cortocircuito que quemó algunos componentes. (El gunk blanco en la foto es silicona aislante usado para montar el tablero.)
Grabar marcas dentro de un cargador de Apple Macbook que funcionó mal.
Por qué los cargadores de Apple son tan caros
Como puede ver, el cargador genuino de Apple tiene un diseño mucho más avanzado que el cargador de imitación e incluye más características de seguridad. Sin embargo, el cargador genuino cuesta $ 65 más y dudo que los componentes adicionales cuesten más de $ 10 a $ 15 [19] . La mayor parte del costo del cargador entra en el margen de beneficio saludable que Apple tiene en sus productos. Apple tiene un margen de beneficio estimado del 45% en iPhones [20] y los cargadores son probablemente aún más rentables. A pesar de esto, no recomiendo ahorrar dinero con un cargador eBay barato debido al riesgo de seguridad.
Conclusión
La gente no da mucho pensamiento a lo que está dentro de un cargador, pero una gran cantidad de circuitos interesantes está abarrotada dentro. El cargador utiliza técnicas avanzadas como la corrección del factor de potencia y una fuente de alimentación de conmutación resonante para producir 85 vatios de potencia en una unidad compacta y eficiente. El cargador Macbook es una pieza impresionante de la ingeniería, incluso si no es tan fiable como usted esperaría. Por otra parte, los cargadores sin nombre baratos cortan esquinas ya menudo tienen problemas de seguridad, haciéndolos riesgosos, tanto para usted como para su computadora.
Notas y referencias
[1] La alternativa principal a una fuente de alimentación conmutada es una fuente de alimentación lineal, que es mucho más simple y convierte el exceso de tensión en calor. Debido a esta energía desperdiciada, las fuentes de alimentación lineales son sólo aproximadamente 60% eficientes, en comparación con aproximadamente el 85% para una fuente de alimentación de conmutación. Las fuentes de alimentación lineales también utilizan un voluminoso transformador que puede pesar varias libras, mientras que las fuentes de alimentación de conmutación pueden utilizar un pequeño transformador de alta frecuencia.
[2] Las fuentes de alimentación de conmutación estaban asumiendo el control de la industria de la computadora tan pronto como 1971. El mundo de la electrónica dijo que las compañías que usan reguladores de la conmutación "leyeron como" quién es quién "de la industria informática: IBM, Honeywell, Univac, DEC, Burroughs, , para nombrar unos pocos". Consulte "Fuente de alimentación del regulador de conmutación", Electronics World v86 de octubre de 1971, p43-47. En 1976, Silicon General introdujo SG1524 PWM circuito integrado , que puso el circuito de control de una fuente de alimentación de conmutación en un solo chip.
[3] La cita sobre la fuente de alimentación de Apple II es de la página 74 del libro 2011Steve Jobs por Walter Isaacson. Me inspiró a escribir una historia detallada de las fuentes de alimentación de conmutación: Apple no revolucionar las fuentes de alimentación; nuevos transistores lo hicieron . La cita de Steve Job parece convincente, pero yo la considero el campo de distorsión de la realidad en efecto.
[4] Si alguien puede tomar el crédito por hacer que las fuentes de alimentación de conmutación sean un producto diario de bajo costo, es Robert Boschert. Empezó a vender fuentes de alimentación de conmutación en 1974 para todo, desde impresoras y computadoras hasta el avión de combate F-14. Ver Robert Boschert: Un Hombre De Muchos Sombreros Cambia El Mundo De Fuentes De Alimentación En El Diseño Electrónico . La fuente de alimentación de Apple II es muy similar a la fuente de alimentación Boschert OL25 flyback, pero con una variación patentada .
[5] Se podría esperar que el factor de potencia malo es porque las fuentes de alimentación de conmutación se encienden y se apagan rápidamente, pero ese no es el problema. La dificultad proviene del puente de diodo no lineal, que carga el condensador de entrada sólo en picos de la señal de CA. (Si está familiarizado con los factores de potencia debido al cambio de fase, esto es totalmente diferente, el problema es la corriente no sinusoidal, no un cambio de fase).
La idea detrás de PFC es utilizar un convertidor de impulso DC-DC antes de la propia fuente de alimentación de conmutación. El convertidor de impulso se controla cuidadosamente para que su corriente de entrada sea una sinusoidal proporcional a la forma de onda de la CA. El resultado es que el convertidor de impulso parece una buena carga resistiva a la línea de alimentación, y el convertidor de impulso suministra voltaje constante a los componentes de la fuente de alimentación de conmutación.
[6] El cargador usa un chip MC33368 "High Voltage GreenLine Power Factor Controller" para ejecutar el PFC. El chip está diseñado para aplicaciones de baja potencia y alta densidad, por lo que es una buena opción para el cargador.
[7] El chip controlador SMPS es un controlador resonante de alto voltaje L6599 ; por alguna razón se etiqueta DAP015D. Utiliza una topología resonante de medio puente; en un circuito de medio puente, dos transistores controlan la potencia a través del transformador primero una dirección y luego la otra. Las fuentes de alimentación de conmutación comunes utilizan un controlador PWM (modulación de ancho de pulso), que ajusta el tiempo en que la entrada está activada. El L6599, por otro lado, ajusta la frecuencia en lugar del ancho de pulso. Los dos transistores alternan la conmutación durante el 50% del tiempo. A medida que la frecuencia aumenta por encima de la frecuencia de resonancia, la potencia cae, por lo que el control de la frecuencia regula la tensión de salida.
[8] El procesador en el cargador es un microcontrolador de ultra bajo consumo MSP430F2003 con 1kB de flash y sólo 128 bytes de RAM. Incluye un convertidor analógico a digital de 16 bits de alta precisión. Más información aquí .
El microprocesador 68000 del Apple Macintosh original y el microcontrolador 430 del cargador no son directamente comparables ya que tienen diseños y conjuntos de instrucciones muy diferentes. Pero para una comparación aproximada, el 68000 es un procesador de 16/32 bits que funciona a 7.8MHz , mientras que el MSP430 es un procesador de 16 bits que funciona a 16MHz. El punto de referencia Dhrystone mide 1,4 MIPS (millones de instrucciones por segundo) para el 68000 y un rendimiento mucho más alto de 4,6 MIPS para el MSP430. El MSP430 está diseñado para un bajo consumo de energía, utilizando aproximadamente el 1% de la potencia del 68000.
[9] El cargador de 60W Macbook utiliza un procesador MSP430 personalizado, pero el cargador de 85W utiliza un procesador de uso general que necesita cargarse con el firmware . El chip está programado con la interfaz Spy-Bi-Wire , que es la variante de dos hilos de TI de la interfaz JTAG estándar. Después de la programación, se funde un fusible de seguridad dentro del chip para evitar que alguien lea o modifique el firmware.
El voltaje al procesador es proporcionado por no por un regulador de voltaje estándar, pero una referencia de la precisión LT1460 , que salga 3.3 voltios con la exactitud excepcionalmente alta de 0.075%. Esto me parece una exageración; este chip es el segundo chip más caro del cargador después del controlador SMPS, basado en los precios de Octopart.
[11] El chip de referencia de voltaje es inusual, es un TSM103 / A que combina dos amperios operativos y una referencia de 2.5V en un solo chip. Las propiedades del semiconductor varían ampliamente con la temperatura, así que mantener el voltaje estable no es directo. Un circuito inteligente llamado una referencia de bandgap cancela las variaciones de temperatura; Lo explico en detalle aquí .
[12] Dado que algunos lectores están muy interesados en la base, voy a dar más detalles. Una resistencia de tierra de 1KΩ conecta el pin de tierra CA a la tierra de salida del cargador. (Con el conector de 2 clavijas, el pin de tierra CA no está conectado.) Cuatro resistores de 9,1MΩ conectan la tierra DC interna a la tierra de salida. Desde que cruzan el límite de aislamiento, la seguridad es un problema. Su alta resistencia evita un riesgo de descarga eléctrica. Además, puesto que hay cuatro resistencias en serie para la redundancia, el cargador sigue siendo seguro incluso si una resistencia corta de alguna manera. También hay un condensador en Y (680pF, 250V) entre tierra interna y tierra de salida; este condensador azul está en la parte superior del tablero. Un fusible T5A (5 amperios) protege la masa de salida.
[13] La potencia en vatios es simplemente los voltios multiplicados por los amplificadores. Aumentar el voltaje es beneficioso porque permite mayor vataje; la corriente máxima está limitada por el tamaño del cable.
[14] El circuito de control es bastante complejo. El voltaje de salida es supervisado por un amplificador operacional en el chip TSM103 / A que lo compara con un voltaje de referencia generado por el mismo chip. Este amplificador envía una señal de realimentación a través de un optoisolador al chip de control SMPS en el lado primario. Si la tensión es demasiado alta, la señal de realimentación baja la tensión y viceversa. Esa parte es normal para una fuente de alimentación, pero el aumento de la tensión de 16,5 voltios a 18,5 voltios es donde las cosas se complican.
La corriente de salida crea un voltaje a través de las resistencias de detección de corriente, las cuales tienen una pequeña resistencia de 0,005Ω cada una - son más como cables que resistencias. Un amplificador operacional en el chip TSM103 / A amplifica este voltaje. Esta señal va al pequeño amplificador operacional TS321 que comienza a subir cuando la señal corresponde a 4.1A. Esta señal entra en el circuito de supervisión descrito anteriormente, aumentando la tensión de salida.
La señal de corriente también entra en un pequeño comparador TS391 , que envía una señal a la primaria a través de otro optoisolador para cortar la tensión de salida. Esto parece ser un circuito de protección si la corriente es demasiado alta. La placa de circuitos tiene algunos puntos donde pueden instalarse resistores de cero ohmios (es decir, puentes) para cambiar la amplificación del amplificador operacional. Esto permite que la amplificación sea ajustada para la precisión durante la fabricación.
[15] Si mide el voltaje de un cargador de Macbook, encontrará aproximadamente seis voltios en lugar de los 16.5 voltios que usted esperaría. La razón es que la salida se desactiva y sólo está midiendo el voltaje a través de la resistencia de derivación justo debajo del transistor de salida.
[16] El portátil tira de la salida del cargador baja con un resistor de 39.41KΩ para indicar que está listo para el poder. Una cosa interesante es que no funcionará para tirar de la salida demasiado baja - el cortocircuito de la salida a tierra no funciona. Esto proporciona una característica de seguridad. Es poco probable que el contacto accidental con las clavijas tire de la salida al nivel correcto, por lo que es poco probable que el cargador se energice excepto cuando está conectado correctamente.
[17] El cargador de imitación utiliza el chip Fairchild FAN7602 Green PWM Controller, que está más avanzado de lo que esperaba en un knock-off; No me habría sorprendido si sólo se utiliza un oscilador de transistor simple. Otra cosa a tener en cuenta es que el cargador de imitación utiliza una placa de circuito de un solo lado, mientras que el auténtico utiliza una placa de circuito de doble cara, debido al circuito mucho más complejo.
[18] El cargador quemado es un cargador de Apple MacBook A1222 85W, que es un modelo diferente del cargador A1172 en el resto del desmontaje. El A1222 está en un caso ligeramente más pequeño, cuadrado y tiene un diseño totalmente diferente basado en el chip NCP 1203 PWM controlador. Los componentes del cargador A1222 se embalan aún más fuertemente que en el cargador A1172. Basado en el cargador quemado, creo que empujaron la densidad un poco demasiado lejos.
[19] Busqué muchos de los componentes del cargador en Octopart para ver sus precios. Los precios de Apple deberían ser considerablemente más bajos. El cargador tiene muchas diminutas resistencias, condensadores y transistores; cuestan menos de un centavo cada uno. Los semiconductores, condensadores e inductores de potencia más grandes cuestan mucho más. Me sorprendió que el procesador de 16 bits MSP430 cuesta sólo alrededor de $ 0.45. Estimé el precio de los transformadores personalizados. La siguiente lista muestra los componentes principales.
Componente
Costo
Procesador MSP430F2003
0,45 $
MC33368D PFC chip
$ 0.50
Controlador L6599
1,62 €
Referencia LT1460 3.3V
1,46 $
Referencia TSM103 / A
0,16 €
MOSFET 2x P11NM60AFP 11A 600V
2,00 $
Optoacoplador 3x Vishay
0,48 €
Condensador de película de 2x 630V 0.47uF
0,88 €
4x 25V 680uF condensador electrolítico
0,12 $
Condensador electrolítico 420u 82uF
0,93 $
condensador X2 de polipropileno
0,17 $
3x inductor toroidal
0,75 $
4A 600V puente de diodos
0,40 €
Rectificador schottky de doble cátodo común 2x 60V, 15A
0,80 €
MOSFET de potencia 20NC603
1,57 dólares
transformador
$ 1.50?
Inductor de PFC
$ 1.50?
[20] El artículo Desglose el costo total de $ 650 del iPhone 5 describe los márgenes de beneficio de Apple en detalle, estimando el margen de beneficio del 45% en el iPhone. Algunas personas han sugerido que los gastos de investigación y desarrollo de Apple explican el alto costo de sus cargadores, pero la matemática muestra que los costos de I + D deben ser insignificantes. El libro Practical Switching Power Supply Design estima 9 meses-trabajador para diseñar y perfeccionar una fuente de alimentación de conmutación, por lo que tal vez $ 200,000 de costo de ingeniería. Más de 20 millones de Macbooks se venden por año, por lo que el costo de I + D por cargador sería de un centavo. Incluso suponiendo que el cargador Macbook requiere diez veces el desarrollo de una fuente de alimentación estándar sólo aumenta el costo a 10 centavos.
